脑机启侦 | 新框架将脑电波与个体认知状态联系起来

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脑机启侦 | 新框架将脑电波与个体认知状态联系起来

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图片来源：Pixabay

人类大脑的复杂性——拥有860亿个神经元和超过100万亿个连接——使我们能够进行抽象思维、语言学习、高级推理和问题解决，并具备创造力和社会互动的能力。尽管如此，了解大脑信号和动态差异如何在个体中产生独特认知和行为一直是神经科学研究的目标，但许多现象仍未能解释。

研究介绍

由麦凯尔维工程学院电气与系统工程系副教授ShiNung Ching和文理学院心理与脑科学系教授Todd Braver领导的一组神经科学家和工程师，在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了一项重要研究。研究提出了一种新颖的框架，允许研究人员基于非侵入性、高时间分辨率的大脑扫描数据创建个性化的大脑模型。这些个性化模型不仅在研究中有应用前景，在临床环境中也有可能支持神经科学的进步和神经系统疾病的治疗。

这项研究的动力源于理解人与人之间大脑动态差异的需要。虽然人类大脑中的所有生物物理机制尚未完全解释，但新建模框架能揭示健康个体为何有不同的大脑动态，从而为我们提供对大脑机制的见解和可测试的预测。

研究方法

该团队技术的一个关键优势在于其能够观察到个体在生成α波和β波时的差异，并将其与全脑的变化联系起来。这两种类型的脑电波以其不同的电信号频率特征而闻名，分别与不同的认知状态和功能相关。例如，α波与放松状态（如冥想）有关，而β波则与警觉和活跃的状态（如决策和解决问题）相关。传统上，α波峰值频率的变化是衡量个体大脑和行为差异的可靠指标。

研究还发现，α波和β波频率振荡的差异与全脑范围内兴奋性神经元和抑制性神经元之间的平衡变化有关。前者通过放电并向其他神经元传递信号来增强活动，后者则通过告诉其他神经元不要放电来调节活动。研究人员通过展示个性化模型能够准确再现个体的α波和β波模式并预测未来的全脑活动，验证了其框架的解释力。